FB2/COST-E焊接接头蠕变性能及其断裂机理研究

摘要

汽轮机转子作为发电机组的核心部件之一，是电力设备中影响发电效率的关键部件。火力发电将继续在未来的电力能源行业占主导地位，一直以来人们都致力于采取一系列措施来提高发电效率，其中最关键的是提高汽轮机组的蒸汽参数，即蒸汽温度和蒸汽压力，从而来节约能源、减少环境污染以及减少CO2的排放量。发展和使用超临界或超超临界技术是实现这一目标的核心技术手段。但是更高的蒸汽温度和蒸汽压力对材料的高温综合性能提出了更高的要求，尤其是材料的高温蠕变强度。有着优异的高温蠕变强度和很好的抗氧化性能的9％-12%的Cr钢，被认为是提高发电效率的核心材料。
　　欧洲COST项目开发的改进型9%Cr钢，如FB2和COST-E，由于其具有较好的高温蠕变性能，成为中高压转子制造的最佳候选材料之一。为了充分发挥不同材料的潜能，节约成本，实际生产中往往需要将两者焊接起来，作为一个焊接转子整体来使用。因此，为了提供重要的设计使用参考依据，对FB2和COST-E钢焊接接头的高温蠕变性的研究就显得十分有必要。
　　本文主要对FB2和COST-E钢焊接接头在不同温度下的蠕变性能开展了研究。在对原始的蠕变数据和蠕变曲线的处理的基础上结合MATLAB软件，成功的拟合出三维的蠕变参数曲面，得到了Norton-Bailey本构方程的参数，从而可以预测应变速率-载荷-时间之间的关系。通过金相显微镜和扫描电子显微镜，对其蠕变前后的微观组织进行了详细的表征和对比分析，发现在COST-E侧的热影响区和母材中有大量的δ铁素体(δ-Fe)组织，并发现δ-Fe组织在蠕变过程中扮演了重要的角色。结合硬度分析和数学计算，确定了断裂位置在COST-E侧热影响区的过回火区，此区域也是硬度最低的区域。扫描电子显微镜分析断后试样发现，在断口附近的δ-Fe边界周围有大量的蠕变空洞存在，马氏体板条间出现了较多的蠕变空洞。对比蠕变前后的试样，发现蠕变断裂后的试样其碳化物长大倾向明显且数量增多。接头的各区的蠕变强度依次是：FB2/COST-E母材、FB2侧热影响区、焊缝、COST-E侧热影响区。蠕变过程中由于COST-E侧的过回火区产生大量的蠕变空洞，且随着蠕变时间的增加或者载荷的增大而变大、连接，进而形成裂纹，导致了试样的最终断裂。仔细观察断后试样的扫描电镜照片，还可以发现，在晶界处有大量的第二相粒子和碳化物聚集，而且蠕变断裂后试样的马氏体板条界也变的模糊不清。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2超（超）临界转子材料的发展及研究现状

1.3 窄间隙焊接技术的简介及应用

1.4焊接接头蠕变断裂的研究现状

1.5 本文研究的主要内容及其意义

第二章 试验材料和试验过程

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3试验方法

2.3 显微硬度测试

2.4 本章小结

第三章 FB2/COST-E 钢焊接接头蠕变性能研究

3.1 引言

3.2 蠕变及蠕变本构方程

3.3 微观组织分析

3.4 硬度分析及断裂位置的确定

3.5 本章小结

第四章 焊接接头蠕变断裂机理的研究

4.1 引言

4.2蠕变前接头组织扫描电镜分析

4.3蠕变后断口组织扫描电镜结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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